基於可見光無線通信的音視頻點播系統和方法
2023-10-05 13:51:59
專利名稱：基於可見光無線通信的音視頻點播系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種無線通信音視頻點播系統，特別涉及一種基於可見光無線通信的音視頻點播系統和方法。
背景技術：
目前移動網際網路飛速發展，基於各種手持終端的移動多媒體業務，對蜂窩移動通信網絡的信息傳輸能力提出了越來越高的要求。向用戶進行無線高速多媒體信息傳輸，需要佔用大量頻譜、功率等無線傳輸資源，在熱點地區將給蜂窩移動通信網絡帶來很大的負擔。目前還沒有很好的解決方案，能夠不佔用蜂窩移動通信網絡的無線傳輸資源，為用戶提供無線高速多媒體信息服務的方法。
發明內容
發明目的為了解決在基本不佔用蜂窩移動通信網絡無線傳輸資源的條件下，為用戶提供無線實時音視頻點播服務的問題，本發明提供一種基於可見光無線通信音視頻點播系統和方法。技術方案本發明提供一種基於可見光無線通信的音視頻點播系統，包括接入點、移動終端、點播控制模塊和音視頻資料庫，所述接入點包括信息調製模塊和發光二極體；所述移動終端包括光接收器、信息恢復模塊、中央處理器、顯示控制面板和蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊；所述點播控制模塊通過有線網絡將節目信息傳遞給信息調製系統，這裡的節目信息包括點播菜單信息和音視頻信息，信息調製模塊將接收的節目信息轉化成電信號控制發光二極體發出光信號，光接收器將接收的發光二極體發出的光信號通過信息恢復模塊恢復出節目信息，並且將節目信息傳遞給中央處理器，中央處理器再將節目信息傳遞到顯示控制面板，顯示控制面板將節目選擇信息通過中央處理器傳遞到蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊，蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊將節目選擇信息通過蜂窩移動通信網絡傳遞到有線網絡，再通過有線網絡傳遞到點播控制系統，點播控制模塊與音視頻資料庫雙向連接傳輸節目信息。其中，所述信息調製模塊是將節目信息表或音視頻資源經過數字處理轉變成驅動發光二極體的電信號，為了更好的實現這一功能，此模塊採用由現場可編程門陣列FPGA等元器件組成的電路，其連接關係為FPGA的輸入端接收節目信息表或音視頻資源，輸出端連接第一電容Cl,第一電容Cl的另一端分別連接第一電阻Rl和第二電阻R2,第一電阻Rl的另一端接地，第二電阻R2的另一端分別連接第五電阻R5和第一集成運算放大器Ul的反相輸入端，第五電阻R5的另一端分別與第六電阻R6和第一集成運算放大器Ul的輸出端連接，第二電容C2、第三電阻R3和第四電阻R4的一端同時接在集成運算放大器Ul的同相輸入端，其中第二電容C2和第四電阻R4另一端同時接地，第三電阻R3的另一端接電源正極Vcc，第六電阻R6的另一端與第三電容C3的一端連接，第三電容C3的另一端分別連接第七電阻R7、第八電阻R8和NPN型三極體的基極，其中第七電阻R7的另一端接電源正極Vcc，第八電阻R8的另一端接地，NPN型三極體的發射極接第九電阻R9，第九電阻R9的另一端接地，NPN型三極體的集電極接發光二極體12。所述光信息恢復模塊22，主要將光信號轉恢復成數位訊號，再將數位訊號進行處理恢復成節目信息表或音視頻資源，為了實現這一功能，此模塊採用的電路結構為光接收器(21)的 輸出端分別連接第十電阻RlO和第四電容C4，第十電阻RlO的另一端接偏置電壓Vbias，第四電容C4的另一端與第六電容C6、第十三電阻R13和第二集成運算放大器U3的反相輸入端連接，第六電容C6和第十三電阻R13的另一端同時與第十四電阻R14的一端和第二集成運算放大器U3的輸出端連接，第二集成運算放大器U3的同相輸入端連接有第十一電阻R11、第十二電阻R12和第五電容C5的一端，其中第十二電阻R12和第五電容C5的另一端接地，第十一電阻Rll的另一端接電源正極Vcc，電阻R14的另一端連接第七電容C7，第七電容C7的另一端同時連接第三集成運算放大器U4的反相輸入端、第九電容C9和第十七電阻R17的一端，第九電容C9和第十七電阻R17的另一端同時接有第十八電阻R18的一端和第三集成運算放大器U4的輸出端，第三集成運算放大器U4的同相輸入端連接第八電容C8、第十五電阻R15和第十六電阻R16的一端,其中第十五電阻R15的另一端接電源正極Vcc,第八電容C8和第十六電阻R16的另一端接地；第十八電阻R18的另一端接第十電容ClO的一端，其另一端接模數轉換器ADC，轉換器ADC的輸出端接現場可編程門陣列的輸入端。此電路主要將光信號轉換成數位訊號。本發明支持多個接入點共同工作，所以接入點至少有一個。為了方便用戶的操作和使用，顯示操作面板優選觸摸式顯示屏。本發明還涉及一種音視頻點播的開見光無線通信方法，步驟I :將接入點(I)安裝在為用戶提供服務的位置；步驟2 :通過自動或手動的方式，在點播控制模塊(3)中設置接入點(I)的位置信息；步驟3 :根據步驟2中接入點(I)的位置信息，點播控制模塊(3)通過有線網絡，向接入點(I)發送點播菜單信息；步驟4 :接入點(I)中的信息調製模塊(11)和發光二極體(12)將接入點(I)收到點播菜單信息轉換成光信號，發送出；步驟5 :移動終端(2)中的光接收器(21)和信息恢復模塊(22)從接收的光信號中恢復出接入點(I)發送的點播菜單信息；步驟6 :移動終端(2)中，中央處理器(23)將收到的點播菜單信息顯示在顯示控制面板(24)上；步驟7 :中央處理器(23)根據用戶的選擇，通過蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊
(25)，將用戶選擇的節目發送給蜂窩移動通信網絡，用戶的選擇通過蜂窩移動通信網絡傳到有限網絡最後到達點播控制模塊(3)；步驟8 :點播控制系統(3)根據用戶的選擇，從音視頻資料庫(4)中調取視頻文件，通過有線網絡，發送至用戶所在接入點(I)；步驟9 :接入點(I)將收到的音視頻信息轉換成光信號，發送出去；步驟10 :移動終端(2)從接收的光信號中恢復出音視頻信息，通過中央處理器
(23)傳輸到顯示控制面板(24)上。有益效果本發明利用可見光無線通信替代傳統的射頻通信，在熱點區域為用戶提供無線高速多媒體信息服務，節省了蜂窩移動通信系統的無線傳輸資源，增強了用戶使用移動網際網路業務的體驗。同時，本發明使用的可見光無線通信技術還具有頻譜免許可、材料綠色環保、對人體安全、無電磁幹擾、保密性好、可在照明的同時通信以及系統複雜度低等優點。
圖I是本發明的模塊結構示意圖；圖2是接入點中信息調製系統和發光二極體的電路原理圖；圖3是移動終端中光接收器和信息恢復系統的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步解釋。如圖I所示，基於可見光無線通信的音視頻點播系統，包括接入點I、移動終端2、點播控制模塊3和音視頻資料庫4，所述接入點I由信息調製模塊11和發光二極體LED12連接組成，所述移動終端2由光接收器21、信息恢復模塊22、中央處理器23、顯示控制面板24和蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊25連接組成。接入點I安裝在需要為用戶提供服務的固定位置，安裝後，通過自動或手動的方式，在點播控制模塊3中設置其位置信息。根據此位置信息，點播控制模塊3通過有線網絡，向該接入點I發送點播菜單信息。系統支持多個接入點1，安裝在不同的位置。點播控制模塊3可向不同接入點I發送不同的點播菜單信息。接入點I收到點播菜單信息後，其中的信息調製模塊11和發光二極體LED 12將此信息調製在可見光上，發送出去。移動終端2中的光接收器21和信息恢復模塊22從接收的可見光中恢復出接入點I發送的點播菜單信息。移動終端2中，中央處理器23將收到的點播菜單信息發送到顯示控制面板24上。用戶從點播菜單中選擇想要接收的音視頻節目，中央處理器23根據用戶的選擇，通過蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊25，通過簡訊或移動數據業務的方式，將用戶的選擇發送給蜂窩移動通信網絡。用戶的選擇經蜂窩移動通信網絡傳遞到有線網絡，再通過有線網絡到達點播控制模塊3。點播控制模塊3根據用戶的選擇，從音視頻資料庫4中調取相應的文件，通過有線網絡，發送至用戶所在接入點I。接入點I將收到的音視頻信息調製在可見光上，發送出去。移動終端2從接收的可見光中恢復出音視頻信息，通過顯示控制面板24呈現給用戶。接入點I中的信息調製模塊11和發光二極體LED12的電路原理圖如圖2所示。發光二極體採用型號為LE Uff S2LN的晶片，其在350mA電流下發出的光通量為4501m，視角為140度最優。圖2中，輸入信號首先由現場可編程門陣列(FPGA)進行數字處理，FPGA晶片型號為XC5VLX50T。數字處理包括信道編碼、調製和組幀等步驟。這裡採用維特比編碼和OOK調製。FPGA輸出的數位訊號直接輸入後續電路。Ul為型號為0PA2674的集成運算放大器，Ul及其外圍電路構成匹配、濾波及放大電路，對FPGA的輸出信號進行匹配、濾波和放大；U2為型號為C1971的三極體，U2及其外圍電路構成LED的驅動電路。此電路是將點播菜單信息和視頻文件轉換成電信號，並用此電信號控制驅動發光二極體12的電流的大小，從而改變發光二極體12的發光強度。在將信息轉換成合適的電信號過程中所採用的調製技術包含但不限於開關鍵控(00K)、脈衝幅度調製(PAM)、脈衝位置調製(PAM)、正交頻分復用(OFDM)和碼分多址(CDMA)。系統可選擇對傳輸的信息進行加密，包括在點播控制模塊3中進行加密、在信息調製模塊11中進行加密和在點播控制模塊3和信息調製模塊11中都進行加密。移動終端2中的光接收器21和信息恢復模塊22的電路原理圖如圖3所示。光接收器21採用型號為SH1203的PD，其典型轉換時間為5ns。圖3中，U3和U4都為型號為0PA657的集成運算放大器，U3和U4及其外圍電路構成兩級濾波放大電路，對H)輸出的電流信號進行放大和濾波，然後由模數轉換器(ADC)進行採樣和量化，得到數位訊號。ADC晶片的型號為AD9215，採樣速率65MHz，量化精度10比特。ADC輸出的數位訊號由FPGA進行處理，進行同步、解幀、解調和信道解碼等操作，得到輸出信號。FPGA晶片型號為XC5VLX50T。此電路主要將光信號恢復成點播菜單信息和視頻文件。移動終端2接收接入點I發來的信息。其中光接收器21將收到的光強度轉換為電流大小。光接收器21可以採用光電二極體(PD)、雪崩光電二極體(APD)、光敏三極體、電 荷耦合器件(CCD)或太陽能板。信息恢復模塊22接收光接收器21的輸出電流，從中恢復出接入點I發送的信息，並傳送給中央處理器23進行處理。當收到點播菜單信息時，將在顯示控制面板24上顯示點播菜單。當收到音視頻信息時，通過顯示控制面板24播放。移動終端2中的中央處理器23採用ARM 2440，用戶界面24採用觸摸顯示屏，蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊25採用MC52i實現。
權利要求
1.基於可見光無線通信的音視頻點播系統，包括接入點(I)、移動終端(2)、點播控制模塊(3)和音視頻資料庫(4)，其特徵在於所述接入點(I)包括信息調製模塊(11)和發光二極體(12);所述移動終端(2)包括光接收器(21)、信息恢復模塊(22)、中央處理器(23)、顯示控制面板(24)和蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊(25);所述點播控制模塊(3)通過有線網絡將節目信息傳遞給信息調製模塊(11)，信息調製模塊(11)將接收的節目信息轉化成電信號控制發光二極體(12)發出光信號，光接收器(21)將接收的發光二極體(12)發出的光信號通過信息恢復模塊(22)恢復成節目信息，並且將節目信息傳遞給中央處理器(23)，中央處理器(23)再將節目信息傳遞到顯示控制面板(24)，顯示控制面板(24)將節目選擇信息通過中央處理器(23)傳遞到蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊(25)，蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊(25)將節目選擇信息通過蜂窩移動通信網絡傳遞到有線網絡，再通過有線網絡傳遞到點播控制模塊(3)，點播控制模塊(3)與音視頻資料庫(4)雙向連接傳輸節目信息。
2.根據權利要求I所述的基於可見光無線通信的音視頻點播系統，其特徵在於所述信息調製模塊(11)包括現場可編程門陣列FPGA，現場可編程門陣列FPGA的輸出端連接第一電容Cl,第一電容Cl的另一端分別連接第一電阻Rl和第二電阻R2,第一電阻Rl的另一端接地，第二電阻R2的另一端分別連接第五電阻R5和第一集成運算放大器Ul的反相輸入端，第五電阻R5的另一端分別與第六電阻R6和第一集成運算放大器Ul的輸出端連接，第二電容C2、第三電阻R3和第四電阻R4的一端同時接在集成運算放大器Ul的同相輸入端，其中第二電容C2和第四電阻R4另一端同時接地，第三電阻R3的另一端接電源正極Vcc，第六電阻R6的另一端與第三電容C3的一端連接，第三電容C3的另一端分別連接第七電阻R7、第八電阻R8和NPN型三極體的基極，其中第七電阻R7的另一端接電源正極Vcc，第八電阻R8的另一端接地，NPN型三極體的發射極接第九電阻R9，第九電阻R9的另一端接地，NPN型三極體的集電極接發光二極體LED (12)。
3.根據權利要求I所述的基於可見光無線通信的音視頻點播系統，其特徵在於所述信息恢復模塊(22)包括第十電阻R10、第四電阻C4和第二集成運算放大器U3，第十電阻RlO的一端與第四電容C4連接，第十電阻RlO的另一端接偏置電壓Vbias，第四電容C4的另一端與第六電容C6、第十三電阻R13和第二集成運算放大器U3的反相輸入端連接，第六電容C6和第十三電阻R13的另一端同時與第十四電阻R14的一端和第二集成運算放大器U3的輸出端連接,第二集成運算放大器U3的同相輸入端連接有第^ 電阻R11、第十二電阻R12和第五電容C5的一端,其中第十二電阻R12和第五電容C5的另一端接地,第^ 電阻Rll的另一端接電源正極Vcc，電阻R14的另一端連接第七電容C7，第七電容C7的另一端同時連接第三集成運算放大器U4的反相輸入端、第九電容C9和第十七電阻R17的一端，第九電容C9和第十七電阻R17的另一端同時接有第十八電阻R18的一端和第三集成運算放大器U4的輸出端，第三集成運算放大器U4的同相輸入端連接第八電容CS、第十五電阻R15和第十六電阻R16的一端,其中第十五電阻R15的另一端接電源正極Vcc,第八電容C8和第十六電阻R16的另一端接地；第十八電阻R18的另一端接第十電容ClO的一端,第十電容ClO的另一端接模數轉換器ADC，模數轉換器ADC的輸出端接現場可編程門陣列FPGA的輸入端。
4.根據權利要求I所述的基於可見光無線通信的音視頻點播系統，其特徵在於所述的接入點(I)有至少一個。
5.根據權利要求I所述的基於可見光無線通信的音視頻點播系統，其特徵在於所述顯示控制面板(24)為觸摸顯示屏。
6.一種基於可見光無線通信的音視頻點播方法，包括如下步驟 步驟I :將接入點(I)安裝在為用戶提供服務的位置； 步驟2 :通過自動或手動的方式，在點播控制模塊(3)中設置接入點(I)的位置信息；步驟3 :根據步驟2中的接入點(I)的位置信息，點播控制模塊(3)通過有線網絡，向接入點(I)發送點播菜單信息； 步驟4 :接入點(I)中的信息調製模塊(11)和發光二極體(12)將接入點(I)收到的點播菜單信息轉換成光信號，發送給移動終端(2)； 步驟5 :移動終端(2)中的光接收器(21)和信息恢復模塊(22)從接收的光信號中恢復出接入點(I)發送的點播菜單信息； 步驟6 :移動終端(2)中，中央處理器(23)將收到的點播菜單信息顯示在顯示控制面板(24)上； 步驟7 :中央處理器(23)根據用戶的選擇，通過蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊(25)，將用戶的選擇發送給蜂窩移動通信網絡，用戶的選擇通過蜂窩移動通信網絡傳到有線網絡最後到達點播控制模塊(3)； 步驟8:點播控制系統(3)根據用戶的選擇，從音視頻資料庫(4)中調取音視頻信息，通過有線網絡，發送至接入點(I)； 步驟9 :接入點(I)將收到的音視頻信息轉換成光信號，發送給移動終端(2)； 步驟10 :移動終端(2)從接收的光信號中恢復出音視頻信息，通過中央處理器(23)傳輸到顯示控制面板(24)上。
7.根據權利要求6所述一種基於可見光無線通信的音視頻點播方法，其特徵在於所述信息調製模塊(11)和發光二極體(12)將接入點(I)收到的點播菜單信息或音視頻信息轉換成光信號的方法為將點播菜單信息或音視頻信息轉換成電信號，並用該電信號控制驅動發光二極體(12)的電流大小，從而改變發光二極體(12)的發光強度。
8.根據權利要求6所述一種基於可見光無線通信的音視頻點播方法，其特徵在於所述步驟3中，接入點(I)的數量有多個，點播控制模塊(3)通過有線網絡，向不同接入點(I)分別發送點播菜單信息。
全文摘要
本發明公開了一種基於可見光無線通信的音視頻點播系統，包括接入點、移動終端、點播控制模塊和音視頻資料庫，所述接入點包括信息調製模塊和發光二極體；所述移動終端包括光接收器、信息恢復模塊、中央處理器、顯示控制面板和蜂窩移動通信網絡數據傳輸模塊，其中所述信息調製模塊的輸出端接發光二極體；所述光接收器將接收的發光二極體的光信號通過信息恢復模塊轉換成數位訊號，並且信息恢復模塊將所述數位訊號傳遞給中央處理器。本發明還公開了一種基於可見光無線通信的音視頻點播方法。本發明利用可見光無線通信替代傳統的射頻通信，在熱點區域為用戶提供無線高速多媒體信息服務，節省了蜂窩移動通信系統的無線傳輸資源，在照明的同時進行通信。
文檔編號H04N21/472GK102833589SQ20121031260
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者張在琛, 伍德斌, 餘旭濤, 畢光國, 尤肖虎 申請人:東南大學